我國植保機械化發(fā)展研究

■秦海生

我國植保機械化發(fā)展研究

■秦海生

在農(nóng)機購置補貼政策拉動下，我國農(nóng)機化水平已達(dá)63%，成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主力。但我國植保機械化水平明顯滯后，并已成為導(dǎo)致農(nóng)藥用量過高、有效利用率偏低、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全危機、農(nóng)殘超標(biāo)嚴(yán)重、對外貿(mào)易受阻以及環(huán)境污染加劇等系列問題的重要成因，嚴(yán)重阻礙和制約農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的進程和農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。因此，2013-2015連續(xù)三年中央一號文件從環(huán)保、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全、可持續(xù)發(fā)展等戰(zhàn)略高度，對植保機械化提出具體要求；《中國制造2025》對植保機械化進一步具體化：圍繞建設(shè)資源節(jié)約、環(huán)境友好農(nóng)業(yè)，實現(xiàn)資源綜合循環(huán)利用和農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境建設(shè)保護，發(fā)展新型高效農(nóng)業(yè)機械裝備，實現(xiàn)“安全多能、自動高效、精準(zhǔn)智能”，支撐農(nóng)業(yè)發(fā)展的可持續(xù)。本文就此展開研究，以期提高我國植保機械化，加速全面農(nóng)機化發(fā)展。

1　我國植保機械化現(xiàn)狀與存在問題

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，對植物生長過程中產(chǎn)生的病、蟲、草害進行防治，是確保農(nóng)業(yè)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的重要手段。而施藥技術(shù)則處于植保的中心地位。現(xiàn)代農(nóng)藥使用技術(shù)由三部分組成：農(nóng)藥與劑型、施藥工藝、施藥器械。因此，植保機械、農(nóng)藥、防治技術(shù)成了化學(xué)防治的3大支柱。我國農(nóng)藥生產(chǎn)技術(shù)處于國際先進水平，美國排名第一，我國位居第二。而我國植保機械和農(nóng)藥使用技術(shù)嚴(yán)重落后的現(xiàn)狀，與我國高速發(fā)展的農(nóng)藥水平極不相稱，我國植保機械落后于歐美發(fā)達(dá)國家15～30年。我國平均用藥量是以色列、日本的1/8～1/4，是美國、德國的1/2，但農(nóng)產(chǎn)品的藥物殘留卻是其他國家的數(shù)倍。究其原因是采用落后的植保機具和施藥技術(shù)不合理。據(jù)對陜西省南鄭縣調(diào)查，目前全縣廣泛使用的植保器械主要是背負(fù)式手動噴霧器，占全縣植保器械總量的98%以上，主要為一家一戶的農(nóng)民所持有，平均2～4個農(nóng)戶擁有一部背負(fù)式手動噴霧器，而機動植保機械僅占不到2%，與規(guī)模化生產(chǎn)對高效植保機械的現(xiàn)實需要極不相稱。植保機械不同于其他的農(nóng)業(yè)機械，其質(zhì)量和使用的好壞牽涉到操作人員和農(nóng)產(chǎn)品的安全，對提高我國農(nóng)產(chǎn)品安全性具有戰(zhàn)略意義。

為滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需要，我國引進生產(chǎn)了結(jié)構(gòu)簡單的單筒式噴霧機和手搖式噴粉機，加之中國農(nóng)村勞動力多、經(jīng)濟基礎(chǔ)薄弱等多種原因，噴藥防治一直是以手動藥械為主。進入21世紀(jì)以來，脈沖噴氣式動力煙霧機、氣壓式自動噴霧器等相繼研制成功。植保機械行業(yè)已涌現(xiàn)一批優(yōu)秀企業(yè)，目前國內(nèi)擁有各類植保機械生產(chǎn)企業(yè)350余家，形成年產(chǎn)300萬臺套100余種規(guī)格型號的植保機械產(chǎn)能。目前，我國70%左右的植保機械處于發(fā)達(dá)國家20世紀(jì)80～90年代的水平。常用機具有單管噴霧機、壓縮式噴霧器機、背負(fù)式噴霧機、噴桿噴霧機等，存在嚴(yán)重的“跑、冒、滴、漏”現(xiàn)象。同時，當(dāng)前機械施藥技術(shù)不規(guī)范，農(nóng)民缺乏正確的施藥方法指導(dǎo)，每年因農(nóng)藥和藥械使用不當(dāng)而產(chǎn)生大量的中毒傷亡事故，造成農(nóng)產(chǎn)品中農(nóng)藥殘留超標(biāo)，使農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)下降，價格難以提高，制約農(nóng)民收入的提高，挫傷農(nóng)民的生產(chǎn)積極性。同時也難以滿足人們對優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品的消費需求，從宏觀上制約現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展。

從農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實際看，我國植保機械化存在的主要問題是：

（1）植保機械型號品種單一，工效低下。無法滿足不同作物、不同病蟲害防治的需要；一方面單一的植保機械品種不能適應(yīng)病蟲害適時防治和應(yīng)急防治。用一種機型防治各種農(nóng)作物的病、蟲、草害，“打遍百藥”是造成農(nóng)藥用量過大、農(nóng)藥浪費、農(nóng)產(chǎn)品中農(nóng)藥殘留超標(biāo)、環(huán)境污染、作物藥害、操作者中毒等重要原因之一。另一方面，植保機具98%以上是手動背負(fù)式噴霧器，很難保證適時防治。現(xiàn)有的植保機具不僅工效低而且用水量高。據(jù)不完全統(tǒng)計，每年消耗在施藥作業(yè)上的勞動量達(dá)5億個勞動日，消耗的水資源達(dá)3億t，這與開發(fā)適合西部地區(qū)節(jié)水農(nóng)業(yè)使用新機器的戰(zhàn)略極不適應(yīng)。

（2）藥機的噴灑部件相對落后。現(xiàn)有噴霧機及噴灑部件不適合科學(xué)使用農(nóng)藥的要求，95%以上的噴霧機還是使用圓錐霧噴頭。近幾年來雖然化學(xué)除草發(fā)展很快，但由于沒有與之配套、質(zhì)量好的扇型噴頭，使除草效果大大降低，且單位面積上使用的除草劑劑量成倍增加，既造成周圍敏感作物的藥害，同時也大大增加了相應(yīng)的支出，提高了農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)成本。

（3）農(nóng)藥與施藥機械的研究分離。農(nóng)藥施用問題涉及農(nóng)藥制劑、噴撒機具、施藥方法、施藥行為、生物行為、藥物毒理學(xué)、氣象學(xué)以及環(huán)境科學(xué)各方面的綜合性科學(xué)技術(shù)。化學(xué)防治水平的提高和植保機械的研究、開發(fā)、生產(chǎn)也有賴于農(nóng)藥應(yīng)用工藝學(xué)的發(fā)展，并反過來促進農(nóng)藥應(yīng)用工藝學(xué)的進一步發(fā)展和提高；長期以來，農(nóng)藥劑型和施藥機具的研究互相分離，沒有形成農(nóng)藥與施藥機具的有機結(jié)合。

（4）農(nóng)藥有效利用率低、浪費大、流失嚴(yán)重。采用現(xiàn)有植保機具和施藥技術(shù)，農(nóng)藥的有效利用效率最好的也不足30%，農(nóng)藥的流失量高達(dá)60%～70%，不僅經(jīng)濟損失重大，也造成了嚴(yán)重的“農(nóng)殘問題”。此外，施藥過程中飄移、流失的農(nóng)藥是一種非常危險的環(huán)境污染源，每年因除草劑霧滴飄移而引起作物藥害造成很大的經(jīng)濟損失。

2　歐美發(fā)達(dá)國家的植保機械發(fā)展現(xiàn)狀

歐美發(fā)達(dá)國家的植保機械向智能化、光機電一體化方向快速發(fā)展。歐美發(fā)達(dá)國家采用大型懸掛式或牽引式噴桿噴霧機，噴幅達(dá)18～34m，藥箱容量為400～3000L，作業(yè)速度達(dá)8～10km/h，配套拖拉機功率在5.88～73.5kW。各種大型植保機械都是機、電、液一體化的復(fù)雜系統(tǒng)，設(shè)計完善，制作精美，工作安全可靠，操作方便。

（1）采用機電一體化技術(shù)。電子控制系統(tǒng)顯示機組前進速度、噴桿傾斜度、噴量、壓力、噴灑面積和藥箱藥液量等。通過面板操作，控制和調(diào)整系統(tǒng)壓力、單位面積噴液量及多路噴桿的噴霧作業(yè)等。系統(tǒng)依據(jù)機組前進速度自動調(diào)節(jié)單位時間噴灑量，依據(jù)施藥對象和環(huán)境嚴(yán)格控制施藥量和霧粒直徑大小。控制系統(tǒng)與個人計算機相連，還可配置GPS系統(tǒng)，實現(xiàn)精準(zhǔn)、精量施藥。

（2）采用全液壓驅(qū)動系統(tǒng)。在大型自走式噴桿噴霧機上采用全液壓系統(tǒng)，如轉(zhuǎn)向、制動、行走、加壓泵等都由液壓驅(qū)動，不僅使整機結(jié)構(gòu)簡化，也使傳動系統(tǒng)的可靠性增加。采用液壓減震懸浮系統(tǒng)，它可以依據(jù)負(fù)載和斜度的變化進行調(diào)整，從而保證噴桿升高和速度變化時系統(tǒng)保持穩(wěn)定。此外，有些牽引式噴桿噴霧機產(chǎn)品在牽引桿上還裝有電控液壓轉(zhuǎn)向器，以保證在拖拉機轉(zhuǎn)彎時與機具完全保持一致。

（3）采用農(nóng)藥注入和自清洗系統(tǒng)。國外植保機械已采用自動混藥技術(shù)，由于母液制備量比藥液少得多，不但減少了原藥與水源、人體接觸的機會，而且方便靈活，可根據(jù)需要調(diào)節(jié)混藥比例。這種方法免除了配藥時操作人員與農(nóng)藥的接觸，同時用藥量可以隨時調(diào)節(jié)，防止藥瓶直接連接到噴桿的混藥器上，利用液體的抽吸作用在霧化前自動混藥，完全避免了農(nóng)藥原液與操作者接觸的危險。

（4）完善的過濾系統(tǒng)和產(chǎn)品系列化。噴霧系統(tǒng)一般都具備四級過濾，避免系統(tǒng)堵塞及因堵塞造成漏噴或噴頭霧化不良。一種有自潔能力的壓力過濾器安裝在系統(tǒng)中以提高過濾能力，減少堵塞或可減少操作者排堵的勞動強度以及污染的可能。另一方面，其植保機械產(chǎn)品品種多，專用化程度高。針對不同作物、不同地區(qū)、不同種植制度研制相應(yīng)的植保機械。從液泵到噴頭，每一種工作部件都有完整的系列產(chǎn)品，僅噴頭就有幾十個系列，幾百種規(guī)格，可以滿足各種作物和藥劑的不同噴霧要求，大大提高了噴灑質(zhì)量。

3　我國植保機械化發(fā)展趨勢

《中共中央國務(wù)院關(guān)于加快發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)進一步增強農(nóng)村發(fā)展活力的若干意見》（這是黨中央、國務(wù)院2004以來連續(xù)發(fā)布的第10個“1號文件”）。“1號文件”確定，要創(chuàng)新農(nóng)業(yè)經(jīng)營體制，加速農(nóng)民專業(yè)合作社發(fā)展，促進發(fā)展以機械化家庭農(nóng)場為主的規(guī)模經(jīng)營。這一政策出臺，一方面將加速我國農(nóng)業(yè)規(guī)模化經(jīng)營步伐，另一方面對植保機械提出了機動化、大型化、智能化、成套化、高效和環(huán)保的新要求。對農(nóng)機研發(fā)和生產(chǎn)者來說，則意味著新的發(fā)展機遇。預(yù)計今后5～10年，我國將迎來植保機械化高速發(fā)展期。借鑒發(fā)達(dá)國家植保機械化發(fā)展的成功經(jīng)驗，為適應(yīng)我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)之需求，預(yù)測植保機械化發(fā)展趨勢是：

（1）向精準(zhǔn)施藥機械化方向發(fā)展。把農(nóng)藥精量、準(zhǔn)確地施撒到靶標(biāo)上，提高農(nóng)藥的有效利用率，是對現(xiàn)代植保機械化的基本要求。“靶標(biāo)”通常是指農(nóng)作物，是棲歇在作物上的害蟲、病斑或周邊的雜草。目前，我國的農(nóng)藥有效利用率僅為20%～30%，這些農(nóng)藥真正擊中“靶標(biāo)”的僅占萬分之二到十萬分之三左右！其余的農(nóng)藥都散布到農(nóng)田、水域、空氣中，造成環(huán)境的污染；或噴灑到作物上，造成農(nóng)產(chǎn)品農(nóng)藥殘留量的增加。因此，今后植保機械及施藥技術(shù)的研發(fā)，要充分運用我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航精準(zhǔn)定位系統(tǒng)、現(xiàn)有的智能和信息技術(shù)，一是研發(fā)智能化風(fēng)送低量噴霧機。充分利用氣流對枝葉的翻動作用，使作物的葉面、葉背、上下、內(nèi)外都均勻地覆蓋上藥液。由于霧滴在氣流的強制作用下飛向靶標(biāo)物，所以可有效地防止自然風(fēng)的干擾而產(chǎn)生環(huán)境污染。二是靜電噴霧機。運用該機具作業(yè)時，帶電的霧滴在電場力的作用下，定向地飛向靶標(biāo)物，從而大大地提高霧滴的附著率，降低農(nóng)藥對環(huán)境的污染。三是對靶間隙噴霧機。采用普通攝像頭成像后，用計算機對圖像進行分析判別，控制噴霧系統(tǒng)工作。回波識別技術(shù)是應(yīng)用超聲波（或其他波源）在靶標(biāo)上的反射回波來識別靶標(biāo)。根據(jù)我國的國情，應(yīng)重點發(fā)展和應(yīng)用二維成像技術(shù)和回波識別技術(shù)。同時，如何準(zhǔn)確、及時、定量地把藥液噴灑到已識別的靶標(biāo)上去，也是此類機具研發(fā)的關(guān)鍵和難點。應(yīng)用對靶間隙噴霧技術(shù)可節(jié)省農(nóng)藥30%左右，相應(yīng)可降低農(nóng)藥殘留。四是恒壓噴霧機（器）。該機具在國外發(fā)達(dá)國家已普遍采用，在我國尚處于研究開發(fā)階段。該類機具作業(yè)時，噴射部件只能在標(biāo)定壓力范圍內(nèi)噴霧，而不受壓力波動的影響，從而確保了施藥部位的精準(zhǔn)和施藥量的精確。回收噴霧機，該機具至今仍是我國的一項空白。該機具作業(yè)時，可把未擊中靶標(biāo)的霧滴進行回收，并循環(huán)使用，有效地防止了環(huán)境的污染，并節(jié)約大量的農(nóng)藥。據(jù)統(tǒng)計，運用該機具可節(jié)省農(nóng)藥30%～40%。還有控滴噴霧機、定向噴霧機等，這些都是精準(zhǔn)施藥機具，在研發(fā)上應(yīng)予較多關(guān)注，使之盡快形成產(chǎn)品，應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

（2）向高效植保機械方向發(fā)展。噴桿噴霧機是一種高效的地面施藥機具。我國噴桿噴霧機的發(fā)展方向應(yīng)是：機具的功能先進，包括防滴功能、恒壓功能、仿形功能、噴量和霧角調(diào)節(jié)功能等；作業(yè)參數(shù)同步顯示和計算機自動控制，這些參數(shù)包括噴頭的噴量、壓力，機具的速度等。充分應(yīng)用我國具有自主知識產(chǎn)權(quán)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，對機具作業(yè)進行精確地引導(dǎo)，避免重噴和漏噴。機型的發(fā)展趨勢應(yīng)以“風(fēng)力輔助式”為主，充分利用風(fēng)管中的下壓氣流使霧滴避免漂移，提高霧滴的附著率，減少環(huán)境污染。

（3）大力發(fā)展農(nóng)用航空，使植保機械長上“翅膀”。

航空噴霧是一種高效、先進的施藥技術(shù)。研制先進的噴撒部件和控制部件；應(yīng)用“3S”技術(shù)進行病、蟲、草害的預(yù)測預(yù)報和飛機作業(yè)時的導(dǎo)航；飛機機型應(yīng)以旋翼機為主，充分利用旋翼機產(chǎn)生的下壓氣流，避免霧滴的漂移和有利于霧滴穿透植被，提高霧滴的附著率。

（4）向大、中型植保機械發(fā)展，逐步淘汰“人背機”的手動式噴霧機。使植保作業(yè)的效率成倍提高，勞動強度明顯降低，施藥量顯著減少，為降低農(nóng)藥殘留提高農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)服務(wù)。

4　迅速提高我國植保機械化水平的政策建議

（1）把新型高效植保機械列入農(nóng)機購置補貼，給予重點推廣。目前全面機械化已經(jīng)提上議事日程，植保機械化“短板”已經(jīng)成為進一步提高農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力的強制約因素。各級農(nóng)機推廣應(yīng)用部門，要結(jié)合當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)實際需要，確定先進、實用、節(jié)能、環(huán)保、高效的植保機械作為補貼重點，力爭使植保機械化快速發(fā)展。對規(guī)模化生產(chǎn)的農(nóng)機專業(yè)合作社、家庭農(nóng)場、機械化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大戶的植保機械需求給予重點傾斜。同時，用3～5年時間，逐步淘汰現(xiàn)有“人背機”噴霧機，促進植保機械更新?lián)Q代，盡快進入“機背人”新時代，支持農(nóng)業(yè)的規(guī)模化和高效發(fā)展。

（2）加大力度抓好新型藥械和技術(shù)研發(fā)。一是國家應(yīng)設(shè)立專項研發(fā)基金，對植保機械的共性技術(shù)、基礎(chǔ)技術(shù)、關(guān)鍵技術(shù)、智能化技術(shù)等給予支持，促其創(chuàng)新性開發(fā)，形成一批具有自主知識產(chǎn)權(quán)的成果；支持企業(yè)應(yīng)用這些成果，盡快形成產(chǎn)能，滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)急需。二是重點加強適合果園、水田和高稈作物的施藥機械，以及山區(qū)、丘陵地區(qū)大、中型藥械的研發(fā)。同時抓好基礎(chǔ)性研究，充分應(yīng)用提高細(xì)小霧滴利用率的高效施藥技術(shù)、高效防飄噴霧技術(shù)、光機電一體化技術(shù)，研發(fā)適用于不同地區(qū)、滿足不同農(nóng)作物和病、蟲、草害防治的各種專用高效施藥機械。

（3）強化農(nóng)機農(nóng)藝融合。目前，植保機械管理不順，職責(zé)不明。植保部門負(fù)責(zé)藥械使用、技術(shù)指導(dǎo)，而藥械的推廣屬農(nóng)機部門的管理職責(zé)范圍。因此，一是要加強兩者的合作，做好職責(zé)整合，在農(nóng)機農(nóng)藝融合上形成合力，推動植保機械化健康發(fā)展。二是盡快建立國家施藥技術(shù)研究中心。建議國家依托現(xiàn)有植保機械與施藥技術(shù)研究機構(gòu)，組合農(nóng)學(xué)、農(nóng)藥、植保等多學(xué)科優(yōu)勢，組建“國家施藥技術(shù)研究中心”，進行施藥技術(shù)的基礎(chǔ)研究，提供研發(fā)和推廣新型植保機械的科學(xué)依據(jù)，協(xié)助政府相關(guān)職能部門制定相關(guān)管理政策及施藥技術(shù)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)，推動我國新型、高效植保機械化發(fā)展。

（4）加強植保機械化技術(shù)培訓(xùn)。縣（市、區(qū)）農(nóng)機、農(nóng)技部門要把新型植保機械使用、高效施藥技術(shù)、降低農(nóng)藥殘留等技術(shù)作為重點，培訓(xùn)一批骨干操作人員，使之當(dāng)好“二傳手”，迅速提高植保機械化水平。